JP5631263B2 - 連続混練機 - Google Patents
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Description
このような連続混練機での混練(分散混練)については、一般に、材料にせん断流れ(材料を引き裂くような流れ)を付与するより、材料に伸長流れ(材料を引き伸ばすような流れ)を付与する方が優位であるとされている。特に、近年は新しい複合樹脂材料の開発などにより難混練性の材料が増える傾向があり、混練時において伸長流れを起こす材料の体積割合を高めて分散混練を効果的に行いたいというニーズが大きくなっている。
例えば、特許文献2には、バレルの内壁面に対する混練フライトの衝突(かじり)を回避する目的ではあるが、混練ロータの軸心が円通孔の中心に対して外側に偏心した押出機が開示されている。この押出機では、混練フライトのフライト面がバレルの中心寄り(噛み合い側)の内壁面を通過するときにはチップクリアランスは広くなるが、中心から離れたバレルの外側の内壁面を通過するときにはチップクリアランスが狭くなり、この狭いチップクリアランスを通過する材料にある程度の伸長流れを付与することが可能となる。
即ち、本発明の連続混練機は、2つの円通孔がその内壁面の一部同士が互いに重なり合うように内部に平行に形成されたバレルと、それぞれの円通孔の内部に挿通されると共に互いに異なる方向に回転する2軸の混練ロータとを備えた連続混練機であって、前記混練ロータは、当該混練ロータの軸心回りに混練フライトを少なくとも2条以上有しており、前記混練ロータの回転中心が、軸垂直方向の断面において、当該混練ロータが挿入される円通孔の中心からバレルの中央寄りまたは上方寄りに偏心していることを特徴とするものである。
また、前記混練フライトは、前記混練ロータの回転方向を向く側に、バレルの内周面との間に伸長流を生起可能な迎え角を有するフライト面を備えているのが好ましい。
また、本発明に係る連続混練機の最も好ましい形態は、2つの円通孔がその内壁面の一部同士が互いに重なり合うように内部に平行に形成されたバレルと、それぞれの円通孔の内部に挿通されると共に互いに異なる方向に回転する2軸の混練ロータとを備えた連続混練機であって、前記混練ロータは、当該混練ロータの軸心回りに混練フライトを少なくと
も2条以上有しており、前記混練ロータの回転中心が、軸垂直方向の断面において、当該混練ロータが挿入される円通孔の中心からバレルの中央寄りまたは上方寄りに偏心しており、軸垂直方向の断面において、前記円通孔の中心から見た混練ロータの回転中心が、2つの円通孔の中心間を結ぶ基準線に対して、前記混練ロータの回転方向に−90〜+70°の角度に位置しており、前記混練フライトは、前記混練ロータの回転方向を向く側に、バレルの内周面との間に伸長流を生起可能な迎え角を有するフライト面を備えていて、前記混練ロータの回転中心が円通孔の中心から偏心した分だけ、混練ロータの先端が両円通孔同士が重なり合う部分の内壁面に近接させられている。
図1は、本発明の連続混練機1を示している。
本発明の連続混練機1は、互いに異方向に回転する2軸の混練ロータ2を備えた設備であり、樹脂などの材料の混練を行うものである。この連続混練機1は、上流側から供給された材料を連続して混練しつつ下流側に送る設備であり、例えば2軸押出機やバッチ式混練機1などとは別の設備として用いられる。
図1に示すように、バレル3は、水平方向に沿って長い筒状に形成されており、その内部には上述したように2つの円通孔4、4が平行に並んで上流から下流(軸方向)を向くように形成されている。バレル3の軸方向の上流側にはバレル3内に材料を供給するホッパ5が設けられており、またバレル3の内部には電気ヒーターや加熱した油を用いた加熱装置(図示略)が備えられている。
このような状況において、左側の円通孔4の中心Pから見て混練ロータ2の回転中心Rが偏心角γ=0°〜−90°に位置する場合を考える。この場合の混練ロータ2の回転中心Rは基準線Lから円通孔4の中心P回りに反時計回りに90°の範囲に位置している。つまり、図2(b)の紙面において中心Pを基準として「−γ」の矢印で示す円弧状の領域(円通孔4の中心Pから見て図の右上に位置するグレーの領域)に混練ロータ2の回転中心Pがあるときを、混練ロータ2の回転中心Pが偏心角γ=0°〜−90°に位置するということができる。
なお、上述した例は、左側の混練ロータ2に関するものであるが、右側の混練ロータ2の場合は、グレーで示す部分が左右で線対称になったような領域となる。
例えば、図3(a)に示す場合であれば、黒点として示される混練ロータ2の回転中心Rが、×印で示される円通孔4の中心Pから見て、上方(白抜きの矢印の方向)にずれた配置となって、偏心角γ=−90°となっている。
さらに、図3(c)に示す場合であれば、黒点として示される混練ロータ2の回転中心Rが、×印で示される円通孔4の中心Pから見て、バレル3の中央よりであって且つ下方にずれた配置となっており、偏心角γ=+36°となっている。
そこで、本発明の連続混練機1では、混練ロータ2の偏心角γだけでなくフライト面11の迎え角θについても規定を設けている。
実施例及び比較例は、迎え角θが70°、60°、30°、14°、10°、5°と異なる3条の混練フライト10を有する混練ロータ2を、バレル3内に2軸備えた連続混練機1を用いて材料を混練した場合のものであり、それぞれの混練ロータ2の軸心を偏心角γ=−90°、−36°、0°、+36°、+70°、+90°の方向に偏心させた際の伸長流の発生状態を評価したものである。なお、評価結果は、図4及び図5に示すように、「クリアランス比」に対する「FN>0.7体積割合増加率」の変化として示されたものである。
一方、「FN>0.7体積割合増加率」は、FN(フローナンバー)が0.7を超えるような伸長流れを起こす材料が全材料中でどの程度の体積割合になっているかを示したものである。そして、この「FN>0.7体積割合増加率」は、混練ロータ2の回転中心Rが円通孔4の中心Pと同心の場合、つまり混練ロータ2の回転中心Rが偏心していない場合の体積割合を基準として、体積割合の増加分を百分率で示したものである。
FN=(|相当ひずみ速度|)/(|相当ひずみ速度|+|渦度|)
と定義され、FN=0で純回転、FN=1で純伸長、FN=0.5で純せん断であることを示す。
迎え角θが60°の図4(a)の結果を見ると、混練ロータ2を偏心角γ=−90〜+70°に偏心させた実験データは、いずれも「クリアランス比」が1以下で「FN>0.7体積割合増加率」が正の値となっており、伸長流が発生する材料の体積割合が偏心がない場合に比べ大きくなっている。
例えば、一対の混練ロータ2のうち一方だけでも偏心角γの好適範囲を満足していれば、もう一方が好適範囲外にあっても、本発明の作用効果が十分に期待できる。それゆえ、本発明には、片方の混練ロータ2だけが円通孔の中心からバレルの中央寄りや上方に偏心したものも含まれる。
2 混練ロータ
3 バレル
4 円通孔
5 ホッパ
6 混練部
7 送り部
8 押出部
9 ロータセグメント
10 混練フライト
11 フライト面
12 内壁面
13 緩斜面
14 急斜面
γ 偏心角
θ 迎え角
L 基準線
P 円通孔の中心
R 混練ロータの回転中心
Claims (2)
- 2つの円通孔がその内壁面の一部同士が互いに重なり合うように内部に平行に形成されたバレルと、それぞれの円通孔の内部に挿通されると共に互いに異なる方向に回転する2軸の混練ロータとを備えた連続混練機であって、
前記混練ロータは、当該混練ロータの軸心回りに混練フライトを少なくとも2条以上有しており、
前記混練ロータの回転中心が、軸垂直方向の断面において、当該混練ロータが挿入される円通孔の中心からバレルの中央寄りまたは上方寄りに偏心しており、
軸垂直方向の断面において、前記円通孔の中心から見た混練ロータの回転中心が、2つの円通孔の中心間を結ぶ基準線に対して、前記混練ロータの回転方向に−90〜+70°の角度に位置しており、
前記混練フライトは、前記混練ロータの回転方向を向く側に、バレルの内周面との間に伸長流を生起可能な迎え角を有するフライト面を備えていて、
前記混練ロータの回転中心が円通孔の中心から偏心した分だけ、混練ロータの先端が両円通孔同士が重なり合う部分の内壁面に近接させられていることを特徴とする連続混練機。 - 前記迎え角は、10°〜60°とされていることを特徴とする請求項1に記載の連続混練機。
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